淺談混凝土鋼筋銹蝕的影響及防治

方仙梅

孝感學院資產與后勤管理處（432000）

鋼筋銹蝕是造成鋼筋混凝土耐久性損傷的最主要和最直接因素，也是混凝土耐久性破壞的主要形式之一。鋼筋銹蝕對結構的破壞分為三個時期:前期是鋼筋表面局部銹蝕出現銹斑、銹片等；中期是鋼筋整個表面銹蝕，并產生膨脹，與保護層脫離，發生層裂；后期表現為鋼筋鐵銹進一步膨脹，混凝土本身發生破壞，出現順筋脹裂，混凝土脫離，直至鋼筋不斷銹蝕，有效截面不斷減小，結構承載力不斷下降，鋼筋混凝土構件喪失基本承載能力。

1 鋼筋混凝土中鋼筋銹蝕機理及表現

1.1 銹蝕機理

正常情況下，在正常混凝土中pH值約為12，這時鋼材表面能形成堿性氧化膜（鈍化膜），對鋼筋起保護作用，若混凝土碳化后，由于堿性降低（中性化）會失去對鋼筋的保護作用。此外，混凝土中氯離子達到一定濃度也會嚴重破壞鋼筋表面的鈍化膜。

對于鋼筋混凝土，在一般環境條件下，鋼筋的銹蝕通常由兩種作用引起:一種是混凝土碳化作用；一種是氯離子的侵蝕。二氧化碳和氯離子對混凝土本身都沒有嚴重的破壞作用,但是這兩種環境物質都是混凝土中鋼筋鈍化膜破壞的最重要又最常遇到的環境介質:混凝土碳化使混凝土孔隙溶液中的Ca(OH)2含量逐漸減少，pH值逐漸下降，鈍化膜逐漸變得不再穩定以至于完全被破壞，使鋼筋處于脫鈍狀態；周圍環境中的氯離子從混凝土表面逐漸滲入到混凝土內部，當到達鋼筋表面的混凝土孔溶液中的游離氯離子濃度超過一定值（臨界濃度）時,即使混凝土堿度再高，pH值大于11.5時，Cl-也能破壞鈍化膜，從而使鋼筋發生銹蝕。氯鹽引起鋼筋銹蝕的發展速度很快，遠比碳化銹蝕嚴重，這種情況常發生在近?；蚝Ｑ蟓h境以及冬季經常使用除冰鹽的環境。

1.2 鋼筋銹蝕的破壞表現

鋼筋銹蝕后，導致混凝土結構性能的裂化和破壞，主要有如下表現:①鋼筋銹蝕，導致截面積減少，從而使鋼筋的力學性能下降。大量的試驗研究表明，對于截面積損失率達5%～10%的鋼筋，其屈服強度和抗拉強度及延伸率均開始下降，對于截面積損失率大于10%，但小于60%的嚴重腐蝕，鋼筋各項力學性能指標嚴重下降,如鋼筋截面積損失率達1.2%、2.4%和5%時,鋼筋混凝土板的承載能力分別下降8%、17%和25%，鋼筋截面積損失率達60%時，構件承載能力降低到與未配筋構件相近。②鋼筋腐蝕導致鋼筋與混凝土之間的結合強度下降，從而不能把鋼筋所受的拉伸強度有效傳遞給混凝土。③鋼筋銹蝕生成腐蝕產物，其體積是基體體積的2～4倍，腐蝕產物在混凝土和鋼筋之間積聚，對混凝土的擠壓力逐漸增大,混凝土保護層在這種擠壓力的作用下拉應力逐漸加大，直到開裂、起鼓、剝落。混凝土保護層破壞后，使鋼筋與混凝土界面結合強度迅速下降,甚至完全喪失，不但影響結構物的正常使用，甚至使建筑物遭到完全破壞，給國家經濟造成重大損失。

2 影響鋼筋銹蝕的因素

影響鋼筋銹蝕的因素很多，包括鋼筋位置、鋼筋直徑、水泥品種、混凝土的密實度、保護層厚度及完好性、外部環境等。

1）混凝土液相pH值及碳化程度。鋼筋銹蝕速度與混凝土液相pH值有密切關系，ph值大于10時，鋼筋銹蝕速度很??；pH值小于4時，鋼筋銹蝕速度急劇增加?；炷恋奶蓟档土嘶炷恋膲A度，造成pH值降低，給鋼筋脫鈍提供了可能。鋼筋的失重率與混凝土的碳化深度差不多呈線性關系，由此混凝土的碳化程度對鋼筋銹蝕有重大影響。

2）混凝土中Cl-的含量?；炷林蠧l-的含量對鋼筋銹蝕影響極大，氯鹽的摻量應少于水泥重量的1%。氯化物是一種很危險的侵蝕介質，但是在我國北方地區，為保證冬季交通暢行，向道路、橋梁及城市立交橋等撒除冰鹽，大量使用的氯化鈉和氯化鈣，使得氯離子滲入混凝土，引起鋼筋銹蝕破壞。

3）混凝土的密實度和保護層厚度。混凝土能阻止外界腐蝕介質、氧氣和水分等的滲入，混凝土密實度越高，保護層越厚，外界有害物質就越難滲入，鋼筋銹蝕就不容易發生。這三個方面都與侵蝕性介質的侵蝕速度有關,保護層厚度對鋼筋銹蝕的影響呈線性關系,因此世界各國規范對保護層厚度都作了規定。我國新修訂的《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》中對鋼筋的最小保護層厚度規定中，隨著使用環境條件的劣化，混凝土保護層厚度也在增加?；炷恋拿軐嵍扔绊懼炷恋臐B透性,滲透性高的混凝土更容易發生銹蝕。

4）環境條件。環境對鋼筋銹蝕的影響主要有以下幾個方面:溫度、濕度、二氧化碳的濃度、氧氣的濃度以及侵蝕性介質的濃度。

5）其他因素。除上述因素外，鋼筋應力狀態對其銹蝕也有很大影響，預應力鋼筋更容易腐蝕，而且應力腐蝕比一般腐蝕更危險。

3 鋼筋銹蝕的預防措施

鋼筋銹蝕對混凝土結構物造成了嚴重的危害,為了保證混凝土建筑物的正常工作,必須采取措施防止混凝土中鋼筋的銹蝕。通過大量的調查研究,鋼筋銹蝕的原因正是由于混凝土保護層的碳化和氯離子的侵入而造成的,為了防止鋼筋銹蝕,必須防止混凝土的碳化或減慢碳化速度和防止氯離子的侵入。而混凝土碳化又是由于混凝土抗滲性能不足引起的，所以為防止碳化，必須提高混凝土的抗滲性。其方法有:

1）降低水灰比。混凝土是由水泥、粗骨料、細骨料和水拌制而成。根據水泥完全水化的理論,需水量只有水泥重量的25%左右，但在拌制混凝土時，為了獲得必要的流動性，滿足施工要求，常用較多的水，即較大的水灰比w/c。當混凝土硬化后，多余的水就會蒸發掉，形成毛細孔。用水量越大，水泥水化后留下的毛細孔越多，滲透系數也越大。所以在拌制混凝土時，在滿足設計要求和施工要求的情況下，盡量降低水灰比，減少用水量，增加密實度，提高混凝土的抗滲性。

2）摻外加劑。①摻引氣型的減水劑:一方面使混凝土內部產生均勻、穩定、互不連通的微小氣泡，阻止液體的滲透，另一方面也大大減少混凝土的用水量，增加混凝土的密實度，提高抗滲性；②摻抗滲劑:摻抗滲劑在混凝土內形成膠體絡合物，填充、堵塞了混凝土內部的毛細孔縫，從而增加混凝土的密實度，提高抗滲性；③摻膨脹劑:通過摻膨脹劑發生化學反應，使混凝土產生膨脹，在外力約束下，增加混凝土的密實度，也可提高抗滲性。

3）選擇合適的材料。應選用顆粒細、水化熱低的水泥。因為越細，凝結越快，泌水越少，抗滲性能越好。水泥標號一般不低于425號，并摻用適量優質摻合料；細骨料要求砂的顆粒均勻、圓滑、質地堅硬、平均粒徑為0.4mm左右的河砂，含泥量＜3%，并含適量的粉砂；選用粗骨料，除大體積外，一般情況下粒徑5～30mm為宜，最大粒徑不超過40mm，含泥量＜1%，要求組織細密、顆粒整齊、質地堅硬，另外級配要優良，以改善混凝土的和易性，增加密實度，提高抗滲性。

4）加強養護。如混凝土早期養護不好，水泥得不到正常水化，會降低混凝土的密實度，繼而影響抗滲性。所以一定要加強混凝土的早期濕潤養護，時間不得少于14d，以保證水泥正常水化，增加密實度，提高抗滲性。

5）防止裂縫?；炷两ㄖ镏谐Ｒ娏芽p有:收縮裂縫、沉降裂縫、溫度裂縫等?；炷翑嚢钑r間要適當，澆筑時下料不要太快，防止堆積，振搗要密實，但避免過振，一般振搗時間為10～15s／次，混凝土初凝前要抹平，終凝前要壓光，壓光后要及時用濕草簾苫蓋或噴涂養護劑認真養護。夏天氣溫高，要及時噴水養護，使其保持濕潤；在大體積混凝土里加入緩凝、引氣型的減水劑，以改善其和易性、流動性、黏聚性、保水性。通過分散減水和緩凝作用，可降低用水量，增加混凝土的密實度和強度，同時還降低水化熱，推遲溫峰出現的時間，因而減少溫度裂縫，亦提高混凝土抗滲性。此外，還可選擇水化后產生氫氧化鈣較多的水泥,這樣也可以放慢碳化速度。防止氯離子進入混凝土的措施有:①配置混凝土時不使用含氯離子的材料或外加劑；②采取各種措施，提高混凝土的密實度，防止氯離子侵入混凝土內部,避免鋼筋銹蝕；③摻入阻銹劑，使鋼筋表面的氧化膜趨于穩定，彌補表面的缺陷，使整個鋼筋被一層氧化膜所包裹，致密性很好，能防止氯離子穿透，從而達到防銹的目的；④適當增加鋼筋混凝土保護層的厚度，以延緩二氧化碳、氯離子等到達鋼筋表面的時間。

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